Grazzi talli żort Nature.com. Il-verżjoni tal-browser li qed tuża għandha appoġġ limitat għas-CSS. Għall-aħjar esperjenza, nirrakkomandaw li tuża browser aġġornat (jew tiddiżattiva l-Modalità ta' Kompatibilità fl-Internet Explorer). Sadanittant, biex niżguraw appoġġ kontinwu, se nirrendu s-sit mingħajr stili u JavaScript.
Is-sehem tas-suq tas-sistemi ta' refriġerazzjoni bl-adsorbiment u l-pompi tas-sħana għadu relattivament żgħir meta mqabbel mas-sistemi tradizzjonali tal-kompressuri. Minkejja l-vantaġġ enormi tal-użu ta' sħana rħisa (minflok xogħol elettriku għali), l-implimentazzjoni ta' sistemi bbażati fuq prinċipji ta' adsorbiment għadha limitata għal ftit applikazzjonijiet speċifiċi. L-iżvantaġġ ewlieni li jeħtieġ li jiġi eliminat huwa t-tnaqqis fil-qawwa speċifika minħabba l-konduttività termali baxxa u l-istabbiltà baxxa tal-adsorbent. Is-sistemi ta' refriġerazzjoni kummerċjali bl-adsorbiment attwali huma bbażati fuq adsorbenti bbażati fuq skambjaturi tas-sħana tal-pjanċi miksija biex jottimizzaw il-kapaċità tat-tkessiħ. Ir-riżultati huma magħrufa sew li t-tnaqqis tal-ħxuna tal-kisi jwassal għal tnaqqis fl-impedenza tat-trasferiment tal-massa, u ż-żieda fil-proporzjon tal-erja tal-wiċċ għall-volum tal-istrutturi konduttivi żżid il-qawwa mingħajr ma tikkomprometti l-effiċjenza. Il-fibri tal-metall użati f'dan ix-xogħol jistgħu jipprovdu erja tal-wiċċ speċifika fil-medda ta' 2500–50,000 m2/m3. Tliet metodi biex jinkisbu kisi rqiq ħafna iżda stabbli ta' idrati tal-melħ fuq uċuħ tal-metall, inklużi fibri tal-metall, għall-produzzjoni ta' kisi juru għall-ewwel darba skambjatur tas-sħana b'densità ta' qawwa għolja. It-trattament tal-wiċċ ibbażat fuq l-anodizzazzjoni tal-aluminju huwa magħżul biex joħloq rabta aktar b'saħħitha bejn il-kisi u s-sottostrat. Il-mikrostruttura tal-wiċċ li jirriżulta ġiet analizzata bl-użu tal-mikroskopija elettronika tal-iskannjar. Spettroskopija infra-aħmar b'trasformazzjoni ta' Fourier b'riflessjoni totali mnaqqsa u spettroskopija bir-raġġi X b'dispersjoni tal-enerġija ntużaw biex tiġi vverifikata l-preżenza tal-ispeċi mixtieqa fl-assaġġ. Il-kapaċità tagħhom li jiffurmaw idrati ġiet ikkonfermata permezz ta' analiżi termogravimetrika kkombinata (TGA)/analiżi termogravimetrika differenzjali (DTG). Instabet kwalità fqira 'l fuq minn 0.07 g (ilma)/g (kompost) fil-kisi tal-MgSO4, li turi sinjali ta' deidrazzjoni f'madwar 60 °C u riproduċibbli wara r-reidratazzjoni. Inkisbu wkoll riżultati pożittivi b'SrCl2 u ZnSO4 b'differenza fil-massa ta' madwar 0.02 g/g taħt il-100 °C. L-idrossietilċelluloża ntgħażlet bħala addittiv biex tiżdied l-istabbiltà u l-adeżjoni tal-kisi. Il-proprjetajiet adsorbivi tal-prodotti ġew evalwati permezz ta' TGA-DTG simultanju u l-adeżjoni tagħhom ġiet ikkaratterizzata b'metodu bbażat fuq it-testijiet deskritti fl-ISO2409. Il-konsistenza u l-adeżjoni tal-kisi ta' CaCl2 huma mtejba b'mod sinifikanti filwaqt li tinżamm il-kapaċità ta' adsorbiment tagħha b'differenza fil-piż ta' madwar 0.1 g/g f'temperaturi taħt il-100 °C. Barra minn hekk, MgSO4 iżomm il-kapaċità li jifforma idrati, u juri differenza fil-massa ta' aktar minn 0.04 g/g f'temperaturi taħt il-100 °C. Fl-aħħarnett, il-fibri tal-metall miksija huma eżaminati. Ir-riżultati juru li l-konduttività termali effettiva tal-istruttura tal-fibra miksija b'Al2(SO4)3 tista' tkun 4.7 darbiet ogħla meta mqabbla mal-volum ta' Al2(SO4)3 pur. Il-kisi tal-kisi studjati ġie eżaminat viżwalment, u l-istruttura interna ġiet evalwata bl-użu ta' immaġni mikroskopika tas-sezzjonijiet trasversali. Inkiseb kisi ta' Al2(SO4)3 bi ħxuna ta' madwar 50 µm, iżda l-proċess ġenerali jrid jiġi ottimizzat biex tinkiseb distribuzzjoni aktar uniformi.
Is-sistemi ta' adsorbiment kisbu ħafna attenzjoni matul l-aħħar ftit deċennji peress li jipprovdu alternattiva favur l-ambjent għall-pompi tas-sħana bil-kompressjoni tradizzjonali jew għas-sistemi ta' refriġerazzjoni. Biż-żieda fl-istandards ta' kumdità u t-temperaturi medji globali, is-sistemi ta' adsorbiment jistgħu jnaqqsu d-dipendenza fuq il-fjuwils fossili fil-futur qarib. Barra minn hekk, kwalunkwe titjib fir-refriġerazzjoni bl-adsorbiment jew fil-pompi tas-sħana jista' jiġi trasferit għall-ħażna tal-enerġija termali, li jirrappreżenta żieda addizzjonali fil-potenzjal għall-użu effiċjenti tal-enerġija primarja. Il-vantaġġ ewlieni tal-pompi tas-sħana bl-adsorbiment u s-sistemi ta' refriġerazzjoni huwa li jistgħu joperaw b'massa ta' sħana baxxa. Dan jagħmilhom adattati għal sorsi ta' temperatura baxxa bħall-enerġija solari jew is-sħana mormija. F'termini ta' applikazzjonijiet għall-ħażna tal-enerġija, l-adsorbiment għandu l-vantaġġ ta' densità ta' enerġija ogħla u inqas dissipazzjoni tal-enerġija meta mqabbel mal-ħażna tas-sħana sensibbli jew latenti.
Il-pompi tas-sħana tal-adsorbiment u s-sistemi ta' refriġerazzjoni jsegwu l-istess ċiklu termodinamiku bħall-kontropartijiet tagħhom tal-kompressjoni tal-fwar. Id-differenza ewlenija hija s-sostituzzjoni tal-komponenti tal-kompressur b'adsorbenti. L-element huwa kapaċi jassorbi l-fwar tar-refriġerant bi pressjoni baxxa f'temperaturi moderati, u jevapora aktar refriġerant anke meta l-likwidu jkun kiesaħ. Huwa meħtieġ li jiġi żgurat tkessiħ kostanti tal-adsorbent sabiex tiġi eskluża l-entalpija tal-adsorbiment (eżotermja). L-adsorbent jiġi riġenerat f'temperatura għolja, u dan jikkawża li l-fwar tar-refriġerant jiddesorbi. It-tisħin irid ikompli jipprovdi l-entalpija tad-desorbiment (endotermika). Minħabba li l-proċessi ta' adsorbiment huma kkaratterizzati minn bidliet fit-temperatura, densità għolja ta' qawwa teħtieġ konduttività termali għolja. Madankollu, konduttività termali baxxa hija bil-bosta l-iżvantaġġ ewlieni fil-biċċa l-kbira tal-applikazzjonijiet.
Il-problema ewlenija tal-konduttività hija li żżid il-valur medju tagħha filwaqt li żżomm il-mogħdija tat-trasport li tipprovdi l-fluss tal-fwar tal-assorbiment/desorbiment. Żewġ approċċi huma komunement użati biex jinkiseb dan: skambjaturi tas-sħana komposti u skambjaturi tas-sħana miksija. L-aktar materjali komposti popolari u ta’ suċċess huma dawk li jużaw addittivi bbażati fuq il-karbonju, jiġifieri grafit estiż, karbonju attivat, jew fibri tal-karbonju. Oliveira et al. 2 impregnaw trab tal-grafita estiż bil-klorur tal-kalċju biex jipproduċu assorbent b’kapaċità speċifika ta’ tkessiħ (SCP) sa 306 W/kg u koeffiċjent tal-prestazzjoni (COP) sa 0.46. Zajaczkowski et al. 3 ipproponew taħlita ta’ grafit estiż, fibra tal-karbonju u klorur tal-kalċju b’konduttività totali ta’ 15 W/mK. Jian et al4 ittestjaw kompożiti b’grafita naturali estiża trattata bl-aċidu sulfuriku (ENG-TSA) bħala sottostrat f’ċiklu ta’ tkessiħ ta’ assorbiment f’żewġ stadji. Il-mudell bassar COP minn 0.215 sa 0.285 u SCP minn 161.4 sa 260.74 W/kg.
L-aktar soluzzjoni vijabbli hija bil-bosta l-iskambjatur tas-sħana miksi. Il-mekkaniżmi tal-kisi ta’ dawn l-iskambjaturi tas-sħana jistgħu jinqasmu f’żewġ kategoriji: sinteżi diretta u adeżivi. L-aktar metodu ta’ suċċess huwa s-sinteżi diretta, li tinvolvi l-formazzjoni ta’ materjali assorbenti direttament fuq il-wiċċ tal-iskambjaturi tas-sħana mir-reaġenti xierqa. Sotech5 ippatentjat metodu għas-sinteżi taż-żeolit ​​miksi għall-użu f’serje ta’ apparat li jkessaħ manifatturat minn Fahrenheit GmbH. Schnabel et al6 ittestjaw il-prestazzjoni ta’ żewġ żeoliti miksija fuq l-istainless steel. Madankollu, dan il-metodu jaħdem biss b’assorbenti speċifiċi, li jagħmel il-kisi b’adeżivi alternattiva interessanti. Il-leganti huma sustanzi passivi magħżula biex jappoġġjaw l-adeżjoni tas-sorbent u/jew it-trasferiment tal-massa, iżda ma għandhom l-ebda rwol fit-titjib tal-assorbiment jew tal-konduttività. Freni et al. 7 skambjaturi tas-sħana tal-aluminju miksija b’żeolit ​​AQSOA-Z02 stabilizzat b’legant ibbażat fuq it-tafal. Calabrese et al.8 studjaw il-preparazzjoni ta’ kisi taż-żeolit ​​b’leganti polimeriċi. Ammann et al.9 ipproponew metodu għall-preparazzjoni ta' kisi poruż taż-żeolit ​​minn taħlitiet manjetiċi ta' alkoħol poliviniliku. L-alumina (alumina) tintuża wkoll bħala sustanza li tgħaqqad 10 fl-assorbent. Sa fejn nafu aħna, iċ-ċelluloża u l-idrossietilċelluloża jintużaw biss flimkien ma' assorbenti fiżiċi11,12. Kultant il-kolla ma tintużax għaż-żebgħa, iżda tintuża biex tinbena l-istruttura 13 waħedha. Il-kombinazzjoni ta' matriċi polimeriċi tal-alġinat ma' idrati multipli tal-melħ tifforma strutturi flessibbli ta' żibeġ komposti li jipprevjenu t-tnixxija waqt it-tnixxif u jipprovdu trasferiment adegwat tal-massa. Tafal bħal bentonit u attapulgite ntuża bħala sustanzi li jgħaqqdu għall-preparazzjoni ta' kompożiti15,16,17. L-etilċelluloża ntużat biex timikrokapsula l-klorur tal-kalċju18 jew is-sulfid tas-sodju19.
Komposti bi struttura tal-metall poruż jistgħu jinqasmu fi skambjaturi tas-sħana addittivi u skambjaturi tas-sħana miksija. Il-vantaġġ ta’ dawn l-istrutturi huwa l-erja tal-wiċċ speċifika għolja. Dan jirriżulta f’wiċċ ta’ kuntatt akbar bejn l-assorbent u l-metall mingħajr iż-żieda ta’ massa inerti, li tnaqqas l-effiċjenza ġenerali taċ-ċiklu tar-refriġerazzjoni. Lang et al. 20 tejbu l-konduttività ġenerali ta’ assorbent taż-żeolit ​​bi struttura ta’ xehda tal-aluminju. Gillerminot et al. 21 tejbu l-konduttività termali tas-saffi taż-żeolit ​​NaX bir-ragħwa tar-ram u n-nikil. Għalkemm il-kompożiti jintużaw bħala materjali għall-bidla tal-fażi (PCMs), is-sejbiet ta’ Li et al. 22 u Zhao et al. 23 huma wkoll ta’ interess għall-kemisorbiment. Huma qabblu l-prestazzjoni tal-grafita estiża u r-ragħwa tal-metall u kkonkludew li tal-aħħar kienet preferibbli biss jekk il-korrużjoni ma kinitx problema. Palomba et al. dan l-aħħar qabblu strutturi porużi metalliċi oħra24. Van der Pal et al. studjaw melħ tal-metall inkorporat fir-ragħwa 25. L-eżempji preċedenti kollha jikkorrispondu għal saffi densi ta’ assorbenti partikulati. Strutturi porużi tal-metall prattikament ma jintużawx biex jiksu l-assorbenti, li hija soluzzjoni aktar ottimali. Eżempju ta’ twaħħil maż-żeoliti jista’ jinstab f’Wittstadt et al. 26 iżda ma sar l-ebda tentattiv biex jintrabtu l-idrati tal-melħ minkejja d-densità ogħla tal-enerġija tagħhom 27.
Għalhekk, f'dan l-artikolu se jiġu esplorati tliet metodi għall-preparazzjoni ta' kisi assorbenti: (1) kisi b'sustanza li tgħaqqad, (2) reazzjoni diretta, u (3) trattament tal-wiċċ. L-idrossietilċelluloża kienet il-sustanza li tgħaqqad magħżula f'dan ix-xogħol minħabba l-istabbiltà rrappurtata qabel u l-adeżjoni tajba tal-kisi flimkien ma' assorbenti fiżiċi. Dan il-metodu inizjalment ġie investigat għal kisi ċatt u aktar tard applikat għal strutturi tal-fibra tal-metall. Preċedentement, ġiet irrappurtata analiżi preliminari tal-possibbiltà ta' reazzjonijiet kimiċi bil-formazzjoni ta' kisi assorbenti. L-esperjenza preċedenti issa qed tiġi trasferita għall-kisi ta' strutturi tal-fibra tal-metall. It-trattament tal-wiċċ magħżul għal dan ix-xogħol huwa metodu bbażat fuq l-anodizzazzjoni tal-aluminju. L-anodizzazzjoni tal-aluminju ġiet ikkombinata b'suċċess ma' melħ tal-metall għal skopijiet estetiċi29. F'dawn il-każijiet, jistgħu jinkisbu kisi stabbli ħafna u reżistenti għall-korrużjoni. Madankollu, ma jistgħux iwettqu xi proċess ta' adsorbiment jew desorbiment. Dan id-dokument jippreżenta varjant ta' dan l-approċċ li jippermetti li l-massa tiġi mċaqalqa bl-użu tal-proprjetajiet adeżivi tal-proċess oriġinali. Sa fejn nafu aħna, l-ebda wieħed mill-metodi deskritti hawnhekk ma ġie studjat qabel. Jirrappreżentaw teknoloġija ġdida interessanti ħafna għaliex jippermettu l-formazzjoni ta' kisi assorbenti idratati, li għandhom numru ta' vantaġġi fuq l-assorbenti fiżiċi li jiġu studjati ta' spiss.
Il-pjanċi tal-aluminju ttimbrati użati bħala sottostrati għal dawn l-esperimenti ġew ipprovduti minn ALINVEST Břidličná, ir-Repubblika Ċeka. Dawn fihom 98.11% aluminju, 1.3622% ħadid, 0.3618% manganiż u traċċi ta’ ram, manjesju, silikon, titanju, żingu, kromju u nikil.
Il-materjali magħżula għall-manifattura tal-kompożiti jintgħażlu skont il-proprjetajiet termodinamiċi tagħhom, jiġifieri, skont l-ammont ta' ilma li jistgħu jassorbu/jiddisorbu f'temperaturi taħt il-120°C.
Is-sulfat tal-manjeżju (MgSO4) huwa wieħed mill-aktar melħ idratat interessanti u studjat30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41. Il-proprjetajiet termodinamiċi ġew imkejla sistematikament u nstabu li huma adattati għal applikazzjonijiet fl-oqsma tar-refriġerazzjoni bl-adsorbiment, il-pompi tas-sħana u l-ħażna tal-enerġija. Intuża s-sulfat tal-manjeżju niexef CAS-Nr.7487-88-9 99% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, il-Ġermanja).
Il-klorur tal-kalċju (CaCl2) (H319) huwa melħ ieħor li ġie studjat sew għaliex l-idrat tiegħu għandu proprjetajiet termodinamiċi interessanti41,42,43,44. Klorur tal-kalċju eżaidrat CAS-Nru. 7774-34-7 97% użat (Grüssing, GmbH, Filsum, Niedersachsen, il-Ġermanja).
Is-sulfat taż-żingu (ZnSO4) (H3O2, H318, H410) u l-idrati tiegħu għandhom proprjetajiet termodinamiċi adattati għal proċessi ta' adsorbiment f'temperatura baxxa45,46. Intuża ż-żingu sulfat eptaidrat CAS-Nr. 7733-02-0 99.5% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, il-Ġermanja).
L-istronzju klorur (SrCl2) (H318) għandu wkoll proprjetajiet termodinamiċi interessanti4,45,47 għalkemm ħafna drabi jiġi kkombinat mal-ammonja fir-riċerka dwar il-pompa tas-sħana bl-adsorbiment jew il-ħażna tal-enerġija. Għas-sintesi ntuża l-eżaidrat tal-istronzju klorur CAS-Nr.10.476-85-4 99.0–102.0% (Sigma Aldrich, St. Louis, Missouri, USA).
Is-sulfat tar-ram (CuSO4) (H302, H315, H319, H410) mhuwiex fost l-idrati li jinstabu ta' spiss fil-letteratura professjonali, għalkemm il-proprjetajiet termodinamiċi tiegħu huma ta' interess għal applikazzjonijiet ta' temperatura baxxa48,49. Għas-sintesi ntuża s-sulfat tar-ram CAS-Nr.7758-99-8 99% (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA).
Il-klorur tal-manjeżju (MgCl2) huwa wieħed mill-melħ idratat li dan l-aħħar irċieva aktar attenzjoni fil-qasam tal-ħażna tal-enerġija termali50,51. Għall-esperimenti ntuża l-eżaidrat tal-klorur tal-manjeżju CAS-Nr.7791-18-6 ta' grad farmaċewtiku pur (Applichem GmbH., Darmstadt, il-Ġermanja).
Kif imsemmi hawn fuq, l-idrossietil ċelluloża ntgħażlet minħabba r-riżultati pożittivi f'applikazzjonijiet simili. Il-materjal użat fis-sintesi tagħna huwa l-idrossietil ċelluloża CAS-Nr 9004-62-0 (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA).
Il-fibri tal-metall huma magħmula minn wajers qosra magħqudin flimkien permezz ta' kompressjoni u sinterizzazzjoni, proċess magħruf bħala estrazzjoni tat-tidwib bil-griġjol (CME)52. Dan ifisser li l-konduttività termali tagħhom tiddependi mhux biss fuq il-konduttività tal-massa tal-metalli użati fil-manifattura u l-porożità tal-istruttura finali, iżda wkoll fuq il-kwalità tar-rabtiet bejn il-ħjut. Il-fibri mhumiex iżotropiċi u għandhom it-tendenza li jkunu mqassma f'ċerta direzzjoni matul il-produzzjoni, li jagħmel il-konduttività termali fid-direzzjoni trasversali ħafna aktar baxxa.
Il-proprjetajiet tal-assorbiment tal-ilma ġew investigati bl-użu ta' analiżi termogravimetrika simultanja (TGA)/analiżi termogravimetrika differenzjali (DTG) f'pakkett tal-vakwu (Netzsch TG 209 F1 Libra). Il-kejl sar f'atmosfera ta' nitroġenu li jiċċirkola b'rata ta' fluss ta' 10 ml/min u firxa ta' temperatura minn 25 sa 150°C fi griġjoli tal-ossidu tal-aluminju. Ir-rata tat-tisħin kienet ta' 1°C/min, il-piż tal-kampjun varja minn 10 sa 20 mg, ir-riżoluzzjoni kienet ta' 0.1 μg. F'dan ix-xogħol, għandu jiġi nnutat li d-differenza fil-massa għal kull unità tal-wiċċ għandha inċertezza kbira. Il-kampjuni użati fit-TGA-DTG huma żgħar ħafna u maqtugħin b'mod irregolari, li jagħmel id-determinazzjoni taż-żona tagħhom mhux preċiża. Dawn il-valuri jistgħu jiġu estrapolati biss għal żona akbar jekk jitqiesu devjazzjonijiet kbar.
L-ispettri tat-trasformazzjoni tal-infra-aħmar ta' Fourier b'riflessjoni totali attenwata (ATR-FTIR) inkisbu fuq spettrometru Bruker Vertex 80 v FTIR (Bruker Optik GmbH, Leipzig, il-Ġermanja) bl-użu ta' aċċessorju tal-platinu ATR (Bruker Optik GmbH, il-Ġermanja). L-ispettri tal-kristalli tad-djamanti puri u niexfa tkejlu direttament fil-vakwu qabel ma ntużaw il-kampjuni bħala sfond għall-kejl sperimentali. Il-kampjuni tkejlu fil-vakwu bl-użu ta' riżoluzzjoni spettrali ta' 2 cm-1 u numru medju ta' skens ta' 32. Il-firxa tan-numru tal-mewġa tvarja minn 8000 sa 500 cm-1. L-analiżi spettrali twettqet bl-użu tal-programm OPUS.
L-analiżi SEM twettqet bl-użu ta' DSM 982 Gemini minn Zeiss b'vultaġġi ta' aċċelerazzjoni ta' 2 u 5 kV. L-ispettroskopija tar-raġġi-X b'dispersjoni tal-enerġija (EDX) twettqet bl-użu ta' Thermo Fischer System 7 b'ditekter tas-silikon (SSD) imkessaħ b'Peltier.
It-tħejjija tal-pjanċi tal-metall twettqet skont il-proċedura simili għal dik deskritta f'53. L-ewwel, il-pjanċa ġiet mgħaddsa f'50% aċidu sulfuriku għal 15-il minuta. Imbagħad ġew introdotti f'soluzzjoni ta' 1 M idrossidu tas-sodju għal madwar 10 sekondi. Imbagħad il-kampjuni ġew maħsula b'ammont kbir ta' ilma distillat, u mbagħad mgħaddsa f'ilma distillat għal 30 minuta. Wara trattament preliminari tal-wiċċ, il-kampjuni ġew mgħaddsa f'soluzzjoni saturata ta' 3% HEC u melħ fil-mira. Fl-aħħar, oħroġhom u nixxefhom f'60°C.
Il-metodu tal-anodizzazzjoni jtejjeb u jsaħħaħ is-saff tal-ossidu naturali fuq il-metall passiv. Il-pannelli tal-aluminju ġew anodizzati bl-aċidu sulfuriku fi stat imwebbes u mbagħad issiġillati f'ilma sħun. L-anodizzazzjoni segwiet inċiżjoni inizjali b'1 mol/l NaOH (600 s) segwita minn newtralizzazzjoni f'1 mol/l HNO3 (60 s). Is-soluzzjoni tal-elettrolit hija taħlita ta' 2.3 M H2SO4, 0.01 M Al2(SO4)3, u 1 M MgSO4 + 7H2O. L-anodizzazzjoni twettqet f'(40 ± 1)°C, 30 mA/cm2 għal 1200 sekonda. Il-proċess tas-siġillar twettaq f'diversi soluzzjonijiet ta' ilma mielaħ kif deskritt fil-materjali (MgSO4, CaCl2, ZnSO4, SrCl2, CuSO4, MgCl2). Il-kampjun jiġi mgħolli fih għal 1800 sekonda.
Ġew investigati tliet metodi differenti għall-produzzjoni ta' kompożiti: kisi adeżiv, reazzjoni diretta, u trattament tal-wiċċ. Il-vantaġġi u l-iżvantaġġi ta' kull metodu ta' taħriġ huma analizzati u diskussi sistematikament. Intużaw osservazzjoni diretta, nanoimmaġini, u analiżi kimika/elementali biex jiġu evalwati r-riżultati.
L-anodizzazzjoni ntgħażlet bħala metodu ta' trattament tal-wiċċ ta' konverżjoni biex tiżdied l-adeżjoni tal-idrati tal-melħ. Dan it-trattament tal-wiċċ joħloq struttura poruża ta' alumina (alumina) direttament fuq il-wiċċ tal-aluminju. Tradizzjonalment, dan il-metodu jikkonsisti f'żewġ stadji: l-ewwel stadju joħloq struttura poruża ta' ossidu tal-aluminju, u t-tieni stadju joħloq kisi ta' idrossidu tal-aluminju li jagħlaq il-pori. Dawn li ġejjin huma żewġ metodi ta' imblukkar tal-melħ mingħajr ma jiġi mblukkat l-aċċess għall-fażi tal-gass. L-ewwel wieħed jikkonsisti f'sistema ta' xehda bl-użu ta' tubi żgħar ta' ossidu tal-aluminju (Al2O3) miksuba fl-ewwel pass biex iżommu l-kristalli assorbenti u jżidu l-adeżjoni tiegħu mal-uċuħ tal-metall. Ix-xehda li tirriżulta għandha dijametru ta' madwar 50 nm u tul ta' 200 nm (Fig. 1a). Kif imsemmi qabel, dawn il-kavitajiet ġeneralment jingħalqu fit-tieni pass b'saff irqiq ta' boehmite Al2O(OH)2 appoġġjat mill-proċess tat-togħlija tat-tubi tal-alumina. Fit-tieni metodu, dan il-proċess ta' siġillar huwa modifikat b'tali mod li l-kristalli tal-melħ jinqabdu f'saff uniformi ta' boehmite (Al2O(OH)), li f'dan il-każ ma jintużax għas-siġillar. It-tieni stadju jitwettaq f'soluzzjoni saturata tal-melħ korrispondenti. Il-mudelli deskritti għandhom daqsijiet fil-medda ta' 50–100 nm u jidhru bħal qtar imxerrdin (Fig. 1b). Il-wiċċ miksub bħala riżultat tal-proċess ta' siġillar għandu struttura spazjali prominenti b'erja ta' kuntatt akbar. Dan il-mudell tal-wiċċ, flimkien mal-ħafna konfigurazzjonijiet ta' twaħħil tagħhom, huwa ideali biex iġorr u jżomm kristalli tal-melħ. Iż-żewġ strutturi deskritti jidhru li huma tassew porużi u għandhom kavitajiet żgħar li jidhru li huma adattati sew biex iżommu l-idrati tal-melħ u jassorbu l-fwar mal-melħ waqt it-tħaddim tal-assorbent. Madankollu, l-analiżi elementali ta' dawn l-uċuħ bl-użu tal-EDX tista' tiskopri ammonti żgħar ta' manjesju u kubrit fuq il-wiċċ tal-boehmite, li ma jinstabux fil-każ ta' wiċċ tal-alumina.
L-ATR-FTIR tal-kampjun ikkonferma li l-element kien sulfat tal-manjeżju (ara l-Figura 2b). L-ispettru juri qċaċet karatteristiċi tal-joni tas-sulfat f'610–680 u 1080–1130 cm–1 u qċaċet karatteristiċi tal-ilma tal-kannizzata f'1600–1700 cm–1 u 3200–3800 cm–1 (ara l-Fig. 2a, c). Il-preżenza tal-joni tal-manjeżju kważi ma tbiddilx l-ispettru54.
(a) EDX ta' pjanċa tal-aluminju MgSO4 miksija bil-boehmite, (b) Spettri ATR-FTIR ta' kisi ta' boehmite u MgSO4, (ċ) Spettri ATR-FTIR ta' MgSO4 pur.
Iż-żamma tal-effiċjenza tal-assorbiment ġiet ikkonfermata permezz tat-TGA. Il-figura 3b turi quċċata ta' desorbiment ta' madwar 60°C. Din il-quċċata ma tikkorrispondix mat-temperatura taż-żewġ quċċati osservati fit-TGA ta' melħ pur (Figura 3a). Ir-ripetibbiltà taċ-ċiklu ta' adsorbiment-desorbiment ġiet evalwata, u l-istess kurva ġiet osservata wara li l-kampjuni tqiegħdu f'atmosfera umda (Figura 3c). Id-differenzi osservati fit-tieni stadju tad-desorbiment jistgħu jkunu r-riżultat ta' deidrazzjoni f'atmosfera li tiċċirkola, peress li dan ħafna drabi jwassal għal deidrazzjoni mhux kompluta. Dawn il-valuri jikkorrispondu għal madwar 17.9 g/m2 fl-ewwel tneħħija tal-ilma u 10.3 g/m2 fit-tieni tneħħija tal-ilma.
Paragun tal-analiżi TGA tal-boehmite u l-MgSO4: Analiżi TGA tal-MgSO4 pur (a), it-taħlita (b) u wara r-reidratazzjoni (c).
L-istess metodu twettaq bil-klorur tal-kalċju bħala assorbent. Ir-riżultati huma ppreżentati fil-Figura 4. Spezzjoni viżwali tal-wiċċ żvelat bidliet żgħar fid-dija metallika. Il-pil bilkemm jidher. L-SEM ikkonferma l-preżenza ta’ kristalli żgħar imqassma b’mod uniformi fuq il-wiċċ. Madankollu, it-TGA ma wriet l-ebda deidrazzjoni taħt il-150°C. Dan jista’ jkun minħabba l-fatt li l-proporzjon tal-melħ huwa żgħir wisq meta mqabbel mal-massa totali tas-sottostrat għad-detezzjoni mit-TGA.
Ir-riżultati tat-trattament tal-wiċċ tal-kisi tas-sulfat tar-ram bil-metodu tal-anodizzazzjoni huma murija fil-fig. 5. F'dan il-każ, l-inkorporazzjoni mistennija ta' CuSO4 fl-istruttura tal-ossidu tal-Al ma seħħitx. Minflok, huma osservati labar maħlula peress li huma komunement użati għall-idrossidu tar-ram Cu(OH)2 użat maż-żebgħa tipika tat-turkważ.
It-trattament tal-wiċċ anodizzat ġie ttestjat ukoll flimkien mal-klorur tal-istronzju. Ir-riżultati wrew kopertura irregolari (ara l-Figura 6a). Biex jiġi determinat jekk il-melħ kopriex il-wiċċ kollu, twettqet analiżi EDX. Il-kurva għal punt fiż-żona griża (punt 1 fil-Fig. 6b) turi ftit strontium u ħafna aluminju. Dan jindika kontenut baxx ta' strontium fiż-żona mkejla, li, min-naħa tiegħu, jindika kopertura baxxa ta' klorur tal-istronzju. Bil-maqlub, iż-żoni bojod għandhom kontenut għoli ta' strontium u kontenut baxx ta' aluminju (punti 2–6 fil-Fig. 6b). L-analiżi EDX taż-żona bajda turi tikek aktar skuri (punti 2 u 4 fil-Fig. 6b), baxxi fil-kloru u għoljin fil-kubrit. Dan jista' jindika l-formazzjoni ta' sulfat tal-istronzju. Tikek aktar jleqqu jirriflettu kontenut għoli ta' kloru u kontenut baxx ta' kubrit (punti 3, 5, u 6 fil-Fig. 6b). Dan jista' jiġi spjegat mill-fatt li l-parti prinċipali tal-kisi abjad tikkonsisti mill-klorur tal-istronzju mistenni. It-TGA tal-kampjun ikkonferma l-interpretazzjoni tal-analiżi b'quċċata fit-temperatura karatteristika tal-klorur tal-istronzju pur (Fig. 6c). Il-valur żgħir tagħhom jista' jiġi ġġustifikat minn frazzjoni żgħira ta' melħ meta mqabbla mal-massa tas-support tal-metall. Il-massa tad-desorbiment determinata fl-esperimenti tikkorrispondi għall-ammont ta' 7.3 g/m2 li joħroġ għal kull unità ta' erja tal-adsorbent f'temperatura ta' 150°C.
Kisi tas-sulfat taż-żingu ttrattat bl-eloxal ġew ittestjati wkoll. Makroskopikament, il-kisi huwa saff irqiq ħafna u uniformi (Fig. 7a). Madankollu, l-SEM żvela erja tal-wiċċ miksija bi kristalli żgħar separati minn żoni vojta (Fig. 7b). It-TGA tal-kisi u s-sottostrat tqabbel ma' dik tal-melħ pur (Figura 7c). Il-melħ pur għandu quċċata asimmetrika waħda f'59.1°C. L-aluminju miksi wera żewġ qċaċet żgħar f'55.5°C u 61.3°C, li jindikaw il-preżenza ta' idrat tas-sulfat taż-żingu. Id-differenza fil-massa żvelata fl-esperiment tikkorrispondi għal 10.9 g/m2 f'temperatura ta' deidrazzjoni ta' 150°C.
Bħal fl-applikazzjoni preċedenti53, intużat idrossietilċelluloża bħala sustanza li tgħaqqad biex ittejjeb l-adeżjoni u l-istabbiltà tal-kisi assorbenti. Il-kompatibbiltà tal-materjal u l-effett fuq il-prestazzjoni tal-assorbiment ġew ivvalutati permezz ta' TGA. L-analiżi titwettaq b'relazzjoni mal-massa totali, jiġifieri l-kampjun jinkludi pjanċa tal-metall użata bħala sottostrat tal-kisi. L-adeżjoni hija ttestjata permezz ta' test ibbażat fuq it-test tal-inċiżjoni trasversali definit fl-ispeċifikazzjoni ISO2409 (ma jistax jissodisfa l-ispeċifikazzjoni tas-separazzjoni tal-inċiżjoni skont il-ħxuna u l-wisa' tal-ispeċifikazzjoni).
Il-kisi tal-pannelli bil-klorur tal-kalċju (CaCl2) (ara l-Fig. 8a) irriżulta f'distribuzzjoni irregolari, li ma ġietx osservata fil-kisi tal-aluminju pur użat għat-test tal-inċiżjoni trasversali. Meta mqabbel mar-riżultati għal CaCl2 pur, it-TGA (Fig. 8b) juri żewġ qċaċet karatteristiċi mċaqalqa lejn temperaturi aktar baxxi ta' 40 u 20°C, rispettivament. It-test tas-sezzjoni trasversali ma jippermettix paragun oġġettiv għaliex il-kampjun pur ta' CaCl2 (kampjun fuq il-lemin fil-Fig. 8c) huwa preċipitat trab, li jneħħi l-partiċelli ta' fuq nett. Ir-riżultati tal-HEC urew kisi rqiq ħafna u uniformi b'adeżjoni sodisfaċenti. Id-differenza fil-massa murija fil-fig. 8b tikkorrispondi għal 51.3 g/m2 għal kull unità ta' erja tal-adsorbent f'temperatura ta' 150°C.
Riżultati pożittivi f'termini ta' adeżjoni u uniformità nkisbu wkoll bis-sulfat tal-manjeżju (MgSO4) (ara l-Fig. 9). L-analiżi tal-proċess ta' desorbiment tal-kisi wriet il-preżenza ta' quċċata waħda ta' madwar 60°C. Din it-temperatura tikkorrispondi għall-pass ewlieni ta' desorbiment li jidher fid-deidratazzjoni ta' melħ pur, li tirrappreżenta pass ieħor f'44°C. Tikkorrispondi għat-tranżizzjoni minn eżaidrat għal pentaidrat u ma tiġix osservata fil-każ ta' kisi b'sustanzi li jgħaqqdu. It-testijiet tas-sezzjoni trasversali juru distribuzzjoni u adeżjoni mtejba meta mqabbla ma' kisi magħmul bl-użu ta' melħ pur. Id-differenza fil-massa osservata fit-TGA-DTC tikkorrispondi għal 18.4 g/m2 għal kull unità ta' erja tal-assorbent f'temperatura ta' 150°C.
Minħabba irregolaritajiet tal-wiċċ, il-klorur tal-istronzju (SrCl2) għandu kisi irregolari fuq ix-xewk (Fig. 10a). Madankollu, ir-riżultati tat-test tal-inċiżjoni trasversali wrew distribuzzjoni uniformi b'adeżjoni mtejba b'mod sinifikanti (Fig. 10c). L-analiżi TGA wriet differenza żgħira ħafna fil-piż, li żgur hija dovuta għall-kontenut aktar baxx ta' melħ meta mqabbel mas-sottostrat tal-metall. Madankollu, il-passi fuq il-kurva juru l-preżenza ta' proċess ta' deidrazzjoni, għalkemm il-quċċata hija assoċjata mat-temperatura miksuba meta ġie kkaratterizzat il-melħ pur. Il-qċaċet f'110°C u 70.2°C osservati fil-Figuri 10b instabu wkoll meta ġie analizzat il-melħ pur. Madankollu, il-pass ewlieni ta' deidrazzjoni osservat fil-melħ pur f'50°C ma ġiex rifless fil-kurvi bl-użu tal-legant. B'kuntrast, it-taħlita tal-legant uriet żewġ qċaċet f'20.2°C u 94.1°C, li ma tkejlux għall-melħ pur (Fig. 10b). F'temperatura ta' 150 °C, id-differenza fil-massa osservata tikkorrispondi għal 7.2 g/m2 għal kull unità ta' erja tal-adsorber.
Il-kombinazzjoni ta' HEC u sulfat taż-żingu (ZnSO4) ma tatx riżultati aċċettabbli (Figura 11). L-analiżi TGA tal-metall miksi ma żvelat l-ebda proċess ta' deidrazzjoni. Għalkemm id-distribuzzjoni u l-adeżjoni tal-kisi tjiebu, il-proprjetajiet tiegħu għadhom 'il bogħod milli jkunu ottimali.
L-aktar mod sempliċi biex il-fibri tal-metall jiġu miksija b'saff irqiq u uniformi huwa l-impregnazzjoni mxarrba (Fig. 12a), li tinkludi l-preparazzjoni tal-melħ fil-mira u l-impregnazzjoni tal-fibri tal-metall b'soluzzjoni akwea.
Meta tkun qed tipprepara għall-impregnazzjoni mxarrba, jinqalgħu żewġ problemi ewlenin. Minn naħa waħda, it-tensjoni tal-wiċċ tas-soluzzjoni salina tipprevjeni l-inkorporazzjoni korretta tal-likwidu fl-istruttura poruża. Il-kristallizzazzjoni fuq il-wiċċ ta' barra (Fig. 12d) u l-bżieżaq tal-arja maqbuda ġewwa l-istruttura (Fig. 12c) jistgħu jitnaqqsu biss billi titbaxxa t-tensjoni tal-wiċċ u l-kampjun jiġi mxarrab minn qabel b'ilma distillat. Id-dissoluzzjoni sfurzata fil-kampjun billi titneħħa l-arja ġewwa jew billi tinħoloq fluss ta' soluzzjoni fl-istruttura huma modi effettivi oħra biex jiġi żgurat mili sħiħ tal-istruttura.
It-tieni problema li nqalgħet waqt il-preparazzjoni kienet it-tneħħija tal-film minn parti mill-melħ (ara l-Fig. 12b). Dan il-fenomenu huwa kkaratterizzat mill-formazzjoni ta’ kisi niexef fuq il-wiċċ tad-dissoluzzjoni, li jwaqqaf it-tnixxif stimulat bil-konvezzjoni u jibda l-proċess stimulat mid-diffużjoni. It-tieni mekkaniżmu huwa ħafna aktar bil-mod mill-ewwel wieħed. B’riżultat ta’ dan, hija meħtieġa temperatura għolja għal ħin raġonevoli ta’ tnixxif, li jżid ir-riskju li jiffurmaw bżieżaq ġewwa l-kampjun. Din il-problema tissolva bl-introduzzjoni ta’ metodu alternattiv ta’ kristallizzazzjoni bbażat mhux fuq bidla fil-konċentrazzjoni (evaporazzjoni), iżda fuq bidla fit-temperatura (bħal fl-eżempju b’MgSO4 fil-Fig. 13).
Rappreżentazzjoni skematika tal-proċess ta' kristallizzazzjoni waqt it-tkessiħ u s-separazzjoni tal-fażijiet solidi u likwidi bl-użu ta' MgSO4.
Soluzzjonijiet ta' melħ saturat jistgħu jiġu ppreparati f'temperatura tal-kamra (HT) jew 'il fuq minnha bl-użu ta' dan il-metodu. Fl-ewwel każ, il-kristallizzazzjoni ġiet sfurzata billi tbaxxiet it-temperatura taħt it-temperatura tal-kamra. Fit-tieni każ, il-kristallizzazzjoni seħħet meta l-kampjun tkessaħ għat-temperatura tal-kamra (RT). Ir-riżultat huwa taħlita ta' kristalli (B) u maħlul (A), li l-parti likwida tagħhom titneħħa bl-arja kkompressata. Dan l-approċċ mhux biss jevita l-formazzjoni ta' film fuq dawn l-idrati, iżda jnaqqas ukoll il-ħin meħtieġ għall-preparazzjoni ta' kompożiti oħra. Madankollu, it-tneħħija tal-likwidu bl-arja kkompressata twassal għal kristallizzazzjoni addizzjonali tal-melħ, li tirriżulta f'kisja eħxen.
Metodu ieħor li jista' jintuża biex jiġu miksija l-uċuħ tal-metall jinvolvi l-produzzjoni diretta ta' melħ fil-mira permezz ta' reazzjonijiet kimiċi. Skambjaturi tas-sħana miksija magħmula bir-reazzjoni ta' aċidi fuq l-uċuħ tal-metall ta' xewk u tubi għandhom numru ta' vantaġġi, kif irrappurtat fl-istudju preċedenti tagħna. L-applikazzjoni ta' dan il-metodu għall-fibri wasslet għal riżultati ħżiena ħafna minħabba l-formazzjoni ta' gassijiet matul ir-reazzjoni. Il-pressjoni tal-bżieżaq tal-gass tal-idroġenu tinbena ġewwa s-sonda u tinbidel hekk kif il-prodott jiġi mbuttat 'il barra (Fig. 14a).
Il-kisi ġie modifikat permezz ta' reazzjoni kimika biex jikkontrolla aħjar il-ħxuna u d-distribuzzjoni tal-kisi. Dan il-metodu jinvolvi li jgħaddi nixxiegħa ta' ċpar aċiduż mill-kampjun (Figura 14b). Dan huwa mistenni li jirriżulta f'kisi uniformi permezz ta' reazzjoni mal-metall tas-sottostrat. Ir-riżultati kienu sodisfaċenti, iżda l-proċess kien bil-mod wisq biex jitqies bħala metodu effettiv (Fig. 14c). Ħinijiet ta' reazzjoni iqsar jistgħu jinkisbu permezz ta' tisħin lokalizzat.
Biex jingħelbu l-iżvantaġġi tal-metodi ta’ hawn fuq, ġie studjat metodu ta’ kisi bbażat fuq l-użu ta’ adeżivi. L-HEC intgħażel abbażi tar-riżultati ppreżentati fit-taqsima preċedenti. Il-kampjuni kollha tħejjew bi 3% piż. Il-legant jitħallat mal-melħ. Il-fibri ġew ittrattati minn qabel skont l-istess proċedura bħall-kustilji, jiġifieri mxarrba f’50% vol. aċidu sulfuriku fi żmien 15-il minuta, imbagħad mxarrba f’idrossidu tas-sodju għal 20 sekonda, maħsula f’ilma distillat u finalment mxarrba f’ilma distillat għal 30 minuta. F’dan il-każ, ġie miżjud pass addizzjonali qabel l-impregnazzjoni. Għaddas il-kampjun fil-qosor f’soluzzjoni dilwita ta’ melħ fil-mira u nixxef f’madwar 60°C. Il-proċess huwa mfassal biex jimmodifika l-wiċċ tal-metall, u joħloq siti ta’ nukleazzjoni li jtejbu d-distribuzzjoni tal-kisi fl-istadju finali. L-istruttura fibruża għandha naħa waħda fejn il-filamenti huma irqaq u ppakkjati sewwa, u n-naħa opposta fejn il-filamenti huma eħxen u inqas imqassma. Dan huwa r-riżultat ta’ 52 proċess ta’ manifattura.
Ir-riżultati għall-klorur tal-kalċju (CaCl2) huma miġbura fil-qosor u murija bi stampi fit-Tabella 1. Kopertura tajba wara l-inokulazzjoni. Anke dawk il-linji mingħajr kristalli viżibbli fuq il-wiċċ kellhom riflessjonijiet metalliċi mnaqqsa, li jindikaw bidla fil-finitura. Madankollu, wara li l-kampjuni ġew mimlija b'taħlita akwea ta' CaCl2 u HEC u mnixxfa f'temperatura ta' madwar 60°C, il-kisi kien ikkonċentrat fl-intersezzjonijiet tal-istrutturi. Dan huwa effett ikkawżat mit-tensjoni tal-wiċċ tas-soluzzjoni. Wara t-tixrib, il-likwidu jibqa' ġewwa l-kampjun minħabba t-tensjoni tal-wiċċ tiegħu. Bażikament dan iseħħ fl-intersezzjoni tal-istrutturi. L-aqwa naħa tal-kampjun għandha diversi toqob mimlija bil-melħ. Il-piż żdied b'0.06 g/cm3 wara l-kisi.
Il-kisi bis-sulfat tal-manjeżju (MgSO4) ipproduċa aktar melħ għal kull unità ta' volum (Tabella 2). F'dan il-każ, iż-żieda mkejla hija ta' 0.09 g/cm3. Il-proċess taż-żrigħ irriżulta f'kopertura estensiva tal-kampjun. Wara l-proċess tal-kisi, il-melħ jimblokka żoni kbar tan-naħa rqiqa tal-kampjun. Barra minn hekk, xi żoni tal-matta huma mblukkati, iżda xi porożità tinżamm. F'dan il-każ, il-formazzjoni tal-melħ hija faċilment osservata fl-intersezzjoni tal-istrutturi, u dan jikkonferma li l-proċess tal-kisi huwa prinċipalment dovut għat-tensjoni tal-wiċċ tal-likwidu, u mhux għall-interazzjoni bejn il-melħ u s-sottostrat tal-metall.
Ir-riżultati għall-kombinazzjoni ta' strontium chloride (SrCl2) u HEC urew proprjetajiet simili għall-eżempji preċedenti (Tabella 3). F'dan il-każ, in-naħa l-irqaq tal-kampjun hija kważi kompletament mgħottija. Huma viżibbli biss pori individwali, iffurmati waqt it-tnixxif bħala riżultat tar-rilaxx tal-fwar mill-kampjun. Il-mudell osservat fuq in-naħa matta huwa simili ħafna għall-każ preċedenti, iż-żona hija mblukkata bil-melħ u l-fibri mhumiex kompletament mgħottija.
Sabiex jiġi evalwat l-effett pożittiv tal-istruttura fibruża fuq il-prestazzjoni termali tal-iskambjatur tas-sħana, ġiet determinata l-konduttività termali effettiva tal-istruttura fibruża miksija u mqabbla mal-materjal tal-kisi pur. Il-konduttività termali tkejlet skont l-ASTM D 5470-2017 bl-użu tal-apparat tal-pannell ċatt muri fil-Figura 15a bl-użu ta' materjal ta' referenza b'konduttività termali magħrufa. Meta mqabbel ma' metodi oħra ta' kejl temporanju, dan il-prinċipju huwa vantaġġuż għal materjali porużi użati fl-istudju attwali, peress li l-kejl isir fi stat stabbli u b'daqs suffiċjenti tal-kampjun (erja bażi 30 × 30 mm2, għoli madwar 15 mm). Kampjuni tal-materjal tal-kisi pur (referenza) u l-istruttura tal-fibra miksija ġew ippreparati għall-kejl fid-direzzjoni tal-fibra u perpendikolari għad-direzzjoni tal-fibra biex jiġi evalwat l-effett tal-konduttività termali anisotropika. Il-kampjuni ġew mitħunin fuq il-wiċċ (żrar P320) biex jiġi minimizzat l-effett tal-ħruxija tal-wiċċ minħabba l-preparazzjoni tal-kampjun, li ma tirriflettix l-istruttura fil-kampjun.